大型工业企业智能电网构建与能量协调优化

摘要

能源资源紧缺、环境污染严重和气候不断恶化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素，能源和环境问题已成为国内外高度关注的重大战略问题。如何推动工业绿色转型、促进工业能效提升是贯彻落实中国“十三五”规划，推进能源消费革命和生态文明建设的重大措施。作为中国国民经济主体和能源消耗大户，大型工业企业安全稳定生产与能源综合高效利用，对中国国民经济发展和工业绿色转型有着举足轻重的作用。智能电网及能源互联网是未来电网的主要发展方向，是提高电网安全运行能力和推动低碳经济发展的有效途径。因此，本文围绕工业绿色低碳转型背景下高耗能企业节能优化运行所面临的关键问题，面向大型工业企业构建智能电网同时开展能量协调优化调度研究，在智能电网构建方面包括智能电网基础框架构建、高可靠高品质供电方案构建，在能量协调优化方面包括生产负荷平抑优化、生产过程调度优化以及多能源综合协同优化。论文的主要研究工作如下：
　　（1）围绕提高供电可靠性、改善电能质量、实现节能减排以及智能化运行的总体目标，对大型工业企业智能电网进行系统性构建，为大型工业企业智能电网的研究与建设奠定理论基础与技术框架。结合大型工业企业电网特点及关键问题，对大型工业企业智能电网基础框架进行构建，包括大型工业企业智能电网功能架构、系统架构以及总体框架，提出大型工业企业智能电网SOS概念模型，并阐述了大型工业企业智能电网关键技术。针对重要负荷高可靠和高品质供电需求，提出了一种“可靠供电岛”方案，全面阐述可靠供电岛的基本结构和工作原理，给出双电源带双负荷供电等3种拓展应用实例，最后探讨了工业设备供电等4种典型应用场景。
　　（2）基于大型工业企业生产负荷集群冲击性特点，提出了一种负荷“分时交错”平抑优化控制策略，对大型工业企业生产负荷进行平抑优化研究。选取钢铁企业电弧炉为例，建立电弧炉群负荷分时交错平抑优化模型，采用PSO算法对优化模型进行求解，分别对3种不同容量和功率的电弧炉进行算例分析，结果表明分时交错控制策略具有明显的负荷平抑效果。选取石化企业抽油机为例，建立抽油机群分时交错运行节能优化模型，采用GA-PSO算法对优化模型进行求解，分别对5台同负荷和异负荷抽油机进行平抑优化，计算分析其在同时同步与分时交错两种工况下的节能效果，算例结果表明分时交错控制策略具有良好的负荷平抑和降损节能效果。
　　（3）研究了大型工业企业生产过程多目标优化调度方法，以及生产过程与多能源综合协同优化问题。建立了复杂耦合生产过程有向图模型，基于有向图模型建立生产过程多目标优化模型，采用LINGO软件对优化模型进行求解，选取某典型钢铁企业进行算例分析验证其正确性。建立生产过程与光伏发电协调优化模型，采用Gurobi软件对优化模型进行求解，研究了考虑光伏发电的生产过程协调优化方法。建立生产过程与储能系统协调优化模型，研究了计及储能系统的生产过程协调优化方法。最后将光伏发电和储能系统等响应资源均纳入优化体系，研究了大型工业企业生产过程与多能源综合协同优化问题。研究结果表明，生产过程与多能源协同优化能够有效改善综合负荷特性，从而保障大型工业企业安全稳定运行与能源高效利用。

目录

声明

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2大型工业企业智能电网研究现状

1.3本文主要工作及章节安排

2 大型工业企业智能电网框架与可靠供电方案构建

2.1引言

2.2大型工业企业电网特点及关键问题

2.3大型工业企业智能电网基础框架构建

2.4大型工业企业高可靠高品质供电方案

3 大型工业企业生产负荷分时交错平抑优化控制

3.1引言

3.2大型工业企业生产负荷分时交错控制策略

3.3钢铁企业电弧炉群负荷分时交错平抑优化

3.4石化企业抽油机群分时交错运行节能优化

3.5本章小结

4 大型工业企业生产过程与多能源协调优化调度

4.1引言

4.2大型工业企业复杂耦合生产过程多目标优化

4.3考虑光伏发电的大型工业企业生产过程协调优化

4.4计及储能系统的大型工业企业生产过程协调优化

4.5大型工业企业生产过程与多能源综合协同优化

4.6本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

附录1：大型工业企业生产过程优化甘特图

附录2：攻读硕士学位期间取得的学术成果

附录3：攻读硕士学位期间参与的科研项目